随钻核磁共振测井的地层界面响应特征

随钻核磁共振测井的地层界面响应特征对地质导向和原状地层评价具有重要意义,但钻井轨迹的复杂性决定其响应特征是多重因素综合作用的结果,且较难直接给出统一显式表达式.本文根据仪器在地层内的运动特征,建立了基于敏感区域体积元的随钻核磁共振测井响应方程和离散化计算方法;通过正演、反演结合的数值模拟,研究了单、双界面水平层状地层中,不同井斜角度、天线长度和目标地层厚度等条件下的随钻核磁共振测井响应特征,对关键结果给出了成立条件和定量关系.随钻核磁共振测井在斜井段中的T2分布和孔隙度响应与直井中差异明显;井斜角越大,视地层厚度越大,地层界面在T2分布和孔隙度曲线上的过渡段越长,T2分布过渡起始位置已不能确定界面深度;仪器的最高纵向分辨率与天线长度、井眼条件和仪器参数有关;受围岩作用影响,较薄目的层的测井响应特征上可能出现异常"夹层".基于分析结果,对随钻核磁共振测井资料解释提出了建议.     

核磁共振测井地层界面响应特征研究

核磁共振（NMR）测井是在仪器运动状态下实现对地层NMR信号的观测.研究垂直方向的速度对NMR测井响应特征的影响,能够为仪器设计和资料解释应用提供重要依据.本文给出NMR测井在地层界面的响应方程,对单界面、对称双界面和不对称双界面等地层模型进行模拟分析,以此为基础,深入讨论NMR测井响应的影响因素.结果表明,运动状态对NMR响应有显著影响,主要影响因素有：天线长度、测速、等待时间、累加次数、信噪比、层厚等.随着天线长度、测速、累加次数和等待时间的增加,纵向分辨率明显降低.文章最后为提高核磁共振测井纵向分辨率提出了建议.     

电性各向异性地层频率域电磁响应模拟

在现有计算机内存和运算速度条件下,电性各向异性地层中频率域电磁响应的数值模拟是一个难点. 为探索各向异性介质模型电磁响应的有效算法,同时为进一步研究各向异性地层测量响应的校正方法奠定基础,从Maxwell电磁响应方程出发,使用由三个彼此垂直的发射线圈和三个彼此垂直的接收线圈组成的线圈结构模型,应用交错网格有限差分法推导了三维频率域电磁响应的差分计算格式,采用预条件双共轭梯度法对所形成的复系数矩阵进行了迭代求解,从而得到电性各向异性地层模型下的线圈测量响应. 应用这些方法进行了多种条件下电磁响应的计算,计算结果表明,所形成的计算方法是准确可靠的,预条件双共轭梯度法的运算效率也较高;电性各向异性地层的电磁响应与地层倾角（或井斜角）、仪器测量方位、地层的水平电阻率和垂直电阻率有关;根据水平方向磁场强度分量可以确定地层界面;在电磁响应计算过程中,背景电导率的取值要尽量接近整个计算区域的平均电导率.     

横向同性地层中井间电磁响应的三维频域耦合势正演模拟研究

本文针对电导率横向同性地层中三轴发射-接收线圈系的井间电磁响应,开展三维正演算法及模拟研究.首先将发射线圈简化为三轴正交磁偶极子源.为克服低频电磁产生的数值迭代收敛缓慢问题,利用低感应数预处理方法将频域Maxwell方程组转化为基于矢势与标势的Helmholtz方程.采用非等间距的Yee氏交错网格、电导率的体积加权平均技术以及积分形式的有限差分格式实现对控制方程的离散化.借助于不完全LU分解预处理的稳定双共轭梯度法计算井间电磁响应的数值解,并通过与有限元软件COMSOL的数值结果对比验证本文模型与算法的有效性.数值计算结果表明：在横向同性地层的垂直井模型中,测井响应横向分量xx和yy能反映出地层电导率各向异性信息,但横向探测能力较差.轴向分量zz虽只反映地层水平电阻率信息,但具有较好的横向探测能力,且对地层中异常体非常敏感,而交叉分量xz、zx则具备较强的层边界识别能力.

     

裂缝性地层方位侧向测井响应数值模拟

为研究井周裂缝发育特征,本文提出一种新型方位侧向测井方法,利用三维有限元法,模拟裂缝的方位侧向测井响应.结果显示,深浅侧向电阻率幅度差异受裂缝倾角的控制,低角度缝为负差异,高角度缝为正差异;倾斜裂缝张开度的增大使测井响应值减小,方位电阻率差异增大;井周方位电阻率可反映裂缝方位产状,单一缝或裂缝密度较小时,沿裂缝走向的方位电阻率小,沿裂缝倾向的方位电阻率大;裂缝发育地层的测井响应显示宏观各向异性特征,但方位电阻率的差异显示发生反转现象,即沿裂缝走向/层理方向的方位电阻率大,沿裂缝倾向/垂直层理方向的方位电阻率小;对方位电阻率测井响应进行井周成像,直观显示了裂缝的产状和发育特征.

     

电缆地层测试器在渗透率各向异性地层中的响应

为正确地设计仪器和解释电缆地层测试器的测量结果,文中建立了渗透率各向异性地层中电缆地层测试器响应的数学模型,并利用三维有限元方法得到其数值,解得到了压力场随时间、距离变化及等压面等的各种结果。     

北京地区岩石地层密度特征及界面划分

针对北京地区岩石地层密度资料较为粗略的现状,系统采集了标准地层剖面岩石标本和平原区各大流域第四系大样共1669块,使用DX-600Z全自动电子密度计测试了密度,分析了常见岩石的密度及不同时代地层的密度特征,首次将北京区域地层密度细分到组级,绘制了系密度和组密度曲线,划分了密度界面,得到如下结论:(1)全区岩石密度范围为1.845～3.364 g/cm³,岩石平均密度从大到小依次是片麻岩、白云岩、灰岩、火山岩、侵入岩、泥岩、砾岩、砂岩、页岩和第四系砂黏土,平均密度分别为2.766 g/cm³、2.761 g/cm³、2.725 g/cm³、2.696 g/cm³、2.667 g/cm³、2.651 g/cm³、、2.620 g/cm³、2.581 g/cm³、2.475 g/cm³、1.581 g/cm³.(2)不同时代地层密度平均值从大到小依次是:...     

多极源随钻声波测井实验分析

本文针对随钻声波测井中钻铤波干扰地层声波测量的问题,设计了小尺寸随钻声波测井探头,在实验室内开展了多极源(单极源、偶极源和四极源)随钻声波测井实验研究. 先在水池中对裸露的探头进行了随钻测量,记录到了沿钻铤传播的直达钻铤波,并获得了不同声源激发的钻铤波速度. 之后在砂岩和有机玻璃模型中进行了随钻声波测井实验,观测到多极源随钻测井的全波波形,并通过与水池中实验结果的对比,分析了井中钻铤波的传播特性. 特别地,在偶极随钻测井实验中不仅记录到了偶极一阶钻铤波,还观测到对弯曲波干扰较大的偶极二阶钻铤波,进而研究了不同声源频率下该波群的响应特性及其对弯曲波测量的影响. 此外,基于单极源和偶极源随钻声波测井实验数据,本文发现:随着声源频率的增加,单极和偶极钻铤波的传播特性不同,但它们在测井全波中的相对幅度均降低,进而可从测井全波中较好地提取地层的声波速度. 本文实验结果对随钻声波测井仪器设计及测井数据解释具有重要意义.     

水平井和大斜度井中的感应测井响应计算

感应测井受井斜影响十分严重,在水平井和大斜度井中,感应测井曲线几乎面目全非．水平井和大斜度井中感应测井响应的正演计算是正确认识这种复杂环境中感应测井响应特征的重要手段,是进行井斜环境影响校正的必要准备,是研究用感应测井曲线探测水平井井眼离最近界面距离的基础,同时也是感应测井理论的新发展．本文将论述水平井和大斜度井中感应测井响应正演计算的理论和方法;分析水平井、大斜度井中感应测井的响应特征     

水平井和大斜度井中的感应测井响应计算

感应测井受井斜影响十分严重，在水平井和大斜度井中，感应测井曲线几乎面目全非．水平井和大斜度井中感应测井响应的正演计算是正确认识这种复杂环境中感应测井响应特征的重要手段，是进行井斜环境影响校正的必要准备，是研究用感应测井曲线探测水平井井眼离最近界面距离的基础，同时也是感应测井理论的新发展．本文将论述水平井和大斜度井中感应测井响应正演计算的理论和方法；分析水平井、大斜度井中感应测井的响应特征     

华南古生代中期地层界面的特征与大地构造意义

华南古生代中期地层界面,指早古生代地层与上覆地层之间的接触界面;这是华南地质发展史上重要的构造转换界面之一,综合研究其分布特征对探讨华南大地构造的演变,特别是广西运动进程的研究具有独特的、基础性的科学意义.文章根据华南14省及1直辖市、115县的126条穿越该地层界面剖面的研究,揭示出其界面上、下地层的时空分布特征,识...     

低速带的波场数值模拟及影响因素初步分析

低速带具有“自由表面、低速度、高吸收”的特征,能引起反射波能量减弱,产生很强的频散,造成近地表波场畸变,严重影响地震勘探的精度。而地震采集过程又不可避免遇到以下低速带问题:①低速带存在与否会对地震波传播造成什么影响;②近地表变化大,怎么才能得到精确的低速带参数;③存在低速带时,激发井深、最佳的药量(与子波频率有关)、最佳的耦合(与低速带速度相关)等采集参数会对采集资料的品质产生什么影响。本文通过数值模拟,集中对低速带与地震波激发的井深、速度、子波主频等核心采集参数的关系进行分析研究,同时在低速带背景下对数值模拟的网格、边界等问题也进行了讨论。模拟得到的波场特征及低速带参数影响的机理分析,对做好野外地震波激发,获取高品质的地震资料,具有理论意义和指导作用。     

倾斜各向异性地层中多分量电磁波测井响应三维时域有限差分(FDTD)算法

利用三维时域有限差分技术（FDTD）研究建立倾斜各向异性地层中多分量电磁测井响应的数值模拟算法.首先,利用Yee氏交错差分格式和线性内插公式对各向异性介质中时域Maxwell方程进行离散化,得到各向异性介质中各个交错节点上电磁场的时域递推公式,同时将面积加权平均与旋转矩阵技术相结合确定各个网格节点的等效电导率张量,此外,单轴各向异性吸收边界条件（UPML）被用于降低求解区域外边界反射.在此基础上,利用单频正弦磁偶源计算时域电磁场空间分布以及特殊的双方程算法（2E2U）从数值结果中快速提取电磁场幅度和相位,确定多分量电磁测井仪器的三维响应.最后,通过数值结果证明该算法的有效性,并系统考察不同层厚、地层倾角以及侵入带半径等变化对多分量电磁测井响应的影响.     

双侧向测井曲线形状与地层侵入关系研究

通过对具有不同侵入特征地层的双侧向理论曲线的计算,研究双侧向测井曲线的形状与泥浆侵入地层状态的关系.发现双侧向视电阻率曲线在高侵剖面的地层界面处出现‘反冲’,曲线‘峰’和‘谷’均较尖锐,而在低侵剖面,深侧向和浅侧向视电阻率曲线在地层界面处出现‘过渡’趋势,且曲线形状较圆滑.研究表明：产生上述现象的原因是由于原状地层对电流的吸引和排斥,使主电极和屏蔽电极供出的电流增大或减小,因而屏流比变化,进而导致视电阻率的变化.     

三维感应测井响应计算的交错网格有限差分法

应用交错网格有限差分法计算三维复杂环境中的感应测井响应. 其中，利用Krylov子空间不变性求解离散得到的大型稀疏复对称线性方程组. 在构造Krylov子空间时使用其系数矩阵的伪逆以改善迭代的收敛性. 迭代中，使用不完全Cholesky分解共轭梯度法求解4个三维Poisson方程以得到新的Lanczos向量. 通常迭代不超过20次可得到理想结果. 另外，提出一种新的物质平均公式以计算电导率平均值，可保证电流守恒.     

用矢量有限元方法模拟随钻测井仪在倾斜各向异性地层中的电磁响应

用矢量有限元法模拟和分析了电各向异性倾斜沉积岩层的随钻测井电磁响应,为很好地模拟钻铤、井眼和激励线圈等,采用了基于圆柱坐标下的六面体剖分;同时采用了高阶叠层矢量基函数来描述每个剖分单元内的场,有利于减少剖分单元数和未知量.三维有限元程序采用数值模式匹配(当处于简单地层时)以及时域有限差分法计算的结果进行了验证,显示吻合非常好.最后仿真了不同各向异性系数和不同倾角的各向异性地层的随钻电阻率测井响应,有助于对各向异性及地层倾角的校正,以及对储层作出正确评价.     

非轴对称套管井中声场的并行有限差分模拟

本文提出了一种用于模拟非轴对称套管井中扇区水泥胶结测井100 kHz 3维瞬态声场的并行算法.采用时域有限差分方法,以及非裂化的完全匹配层吸收边界条件,基于信息传递接口(MPI)并行环境,在计算机集群上实现并行计算.对内边界上的差分方程进行参数平均处理,提高了计算稳定性.通过在轴对称情况下将有限差分模拟结果与实轴积分法计算结果对比,验证了方法的正确性.使用并行有限差分算法,模拟了水泥环有不同大小和在不同方位缺失时非轴对称套管井中8扇区的扇区水泥胶结测井仪的测井波形,并分析了套管波幅度随水泥缺失-换能器夹角的变化.根据模拟和分析结果,得到了非轴对称套管井中新的声场传播规律,并建议了一种用于反演水泥缺失大小和方位的方法.     

随钻地层测试压力响应数学模型及物理实验考察

基于随钻地层测试基本原理和渗流理论,建立了圆柱坐标系下压力下降和压力恢复阶段的压力扩散微分方程,确定出随钻地层压力测试定解问题,通过对定解问题的边界进行齐次化处理,并采用有限差分方法建立了四维空间下的显格式差分方程,以解析方法和有限差分方法分析了点源单相单测试室均质球形渗流问题,两种方法计算误差小于2.00%,检验了有限差分方法的正确性.采用有限差分方法定量分析了不同渗透率（0.1×10-3μm2、1.0×10-3μm2和10.0×10-3μm2）地层下,表皮效应、储集效应、地层非均质性、抽吸速率、抽吸探头半径等因素对压力响应的影响,分析表明,这些因素对压力响应曲线的影响十分显著,主要表现在抽吸压降、压降速率、压力恢复速率、恢复时间等几个方面,而且不同渗透率地层的敏感程度差异比较大.建立了地层压力测试模拟实验平台,模拟了3种不同渗透率（108.81×10-3μm2、16.10×10-3μm2和4.79×10-3μm2）地层的压力抽吸测试,并采用有限差分方法对实验进行了数值模拟.结果表明,数值模拟与实测压力响应一致性非常好,二者绝对误差小于1.60 MPa,相对误差低于5.00%（最大误差4.92%）,验证了有限差分数值方法的正确性和准确性.     

用声波时差测井估计异常地层压力

本文论述用声波时差测井估计异常地层压力的大小,阐述了三个观点:1.估算异常地层压力的一般公式;2.孔隙度随地层埋藏深度的增加按指数规律减小,但是,在异常地层压力井段,孔隙度变化偏离这一规律;3.用声波时差测井孔隙度确定异常地层压力井段的等效深度点,从而用它来估计异常的地层压力。 异常地层压力主要用来发现高压油气层,预测岩石破裂压力强度,合理地、经济地选用钻井泥浆比重,提高钻速,保证安全,特别是用于指导海洋钻井、深井和超深井钻井以及确定完井方法等,均具有十分重要的意义。 文中还列举了应用声波时差测井估计异常地层压力的一个实例。